Prototype kamerasæt til integration i et nyt gamma-stråleteleskop

Et unikt højhastighedskamera, designet til at fange de flygtige virkninger af gammastråler, der styrter ind i jordens atmosfære, vil snart være på vej fra University of Wisconsin-Madison til Arizonas Mount Hopkins.

der, prototypekameraet vil blive integreret i et nyt teleskop, der vil demonstrere nye teknologier til Cherenkov Telescope Array (CTA), en bred international indsats for at konstruere verdens mest avancerede og omfattende jordbaserede gammastråledetektor.

"Dette teleskop skubber teknologien til et helt andet regime, " forklarer Vladimir Vassiliev, en professor i fysik og astronomi ved University of California Los Angeles og den ledende videnskabsmand for teleskopet under konstruktion på Mount Hopkins i det sydlige Arizona. Teleskopet, han bemærker, vil have uovertruffen spejloptik, og kameraet er designet til at fange de flygtige pulser af blåt Cherenkov-lys, der skabes, når gammastråler styrter ind i luftmolekyler i Jordens atmosfære, skabe et brusebad af diagnostiske sekundære partikler.

"Vi vil være i stand til at lave en film med en milliard billeder i sekundet af partikelbrusen, der udvikler sig i atmosfæren, " siger Justin Vandenbroucke, UW-Madison fysikprofessor, der var med til at lede udviklingen af ​​prototypekameraet i regi af Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center (WIPAC) med støtte fra National Science Foundation (NSF).

Amerikansk deltagelse i CTA er støttet af NSF, men det overordnede projekt er et kæmpe internationalt foretagende, og når færdig, vil bestå af mere end 100 teleskoper placeret på De Kanariske Øer og Chile. Det vil være det største jordbaserede observatorium for gammastråledetektion i verden. Mere end 1, 400 videnskabsmænd fra 32 lande er involveret i projektet. Kameraet og teleskopet finansieres primært af NSF, med bidrag fra deltagende universiteter.

Med sin innovative optik og kamera, det nye teleskop vil blive betjent sammen med en eksisterende række af fire enkeltspejlteleskoper, der omfatter VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System), placeret ved Fred Lawrence Whipple Observatory på Mount Hopkins.

Kamerateknologi er kritisk, siger Vandenbroucke, der har arbejdet på design og konstruktion af 800-pund, prototypeinstrument i golfvognsstørrelse siden 2009, da han var post-doc ved Stanford University.

Kameraet er endelig kommet sammen i et kælderlaboratorium i UW-Madisons Chamberlin Hall, hvor Vandenbrouckes gruppe har haft travlt med at integrere og teste det. Kamerakomponenter vil blive sendt den 7. maj til Arizona, hvor kameraet skal samles igen, testet og integreret i det nye teleskop, som nu bliver forsynet med sine spejle.

Udfordringen for kameraet, ifølge Vandenbroucke, er, at de glimt af fotoner eller lyspartikler, der er af interesse, er utrolig hurtige. Cherenkov-pulsen i en luftbyge varer måske kun seks nanosekunder, alligevel muliggør hver puls detektion af en gammastråle, der er en billion gange mere energisk, end den kan ses med det menneskelige øje. Pulserne opstår tilfældigt, gør teleskoper og kameraer med brede synsfelter afgørende, siger Vassiliev.

Kombinationen af ​​dual-mirror-teknologi og det nye kamera er beregnet til at fange Cherenkov-luftbruserne med hidtil uset opløsning. "Dette vil være den første demonstration af denne slags optik til denne type teleskop, " siger Vassiliev. "Gevinsten vil være fremragende billeddannelse af Cherenkov luftbruser."

Gammastrålerne af interesse for CTA-teamet spænder over en bred vifte af energier. Teleskopet, der bygges af Vassilievs team, er designet til at detektere gammastråler i det centrale energiområde. Objekter drevet af sorte huller, siger Vandenbroucke, er blandt de mest sandsynlige kilder til de gammastråler, der vil blive analyseret af det nye CTA-teleskop.

Åbner en ny grænse inden for detektion og måling af gammastråler, siger Vandenbroucke, vil hjælpe med at besvare en række af nogle af de mest fundamentale spørgsmål om arten af ​​stof og energi i universet. "Gammastråler er omdrejningspunktet for multi-messenger astronomi, " siger videnskabsmanden fra Wisconsin. "De har været afgørende for at identificere det første gravitationsbølgesignal fra fusionerende neutronstjerner og kan spille en lignende rolle i søgningen efter kilderne til højenergi-neutrinoer."